Файл: Учебное пособие по дисциплине Механика Модуль Прикладная механика.docx

- Дайте определение понятия «напряжения» и какие виды напряжения вы знаете?

- В каких единицах измеряются напряжения?

- Чем отличаются нормальные напряжения от касательных?

- Как связаны напряжения в сечении с внутренними силовыми факторами?

- Какое напряжение называется нормальным и какое касательным?

- Что называется деформацией? Какие деформации называют упругими?

- Какие гипотезы используются при изучении курса «Сопротивление материалов»?

- Сформулируйте закон Гука и принцип суперпозиции.

- Перечислите основные допущения сопротивления материалов.

- Дайте формулировку принципа Сен-Венана?

- Что называется абсолютным удлинением?

- Что понимается под гипотезой плоских сечений?

- Что характеризует модуль упругости первого рода? Какова его размерность?

- Что такое  коэффициент Пуассона?

- Как определить потенциальную энергию деформации при растяжении (сжатии)?

- Что называют прочностью, пластичностью, упругостью, твердостью материала?

- В чем заключается гипотеза о сплошности и изотропности материалов? Какие тела называются  анизотропными?

- Какие напряжения считают предельными для материалов?

- Что представляет собой коэффициент запаса прочности, с какой целью и как его назначают?

- В чем заключается условие прочности элемента конструкции?

- Перечислите основные принципы расчета инженерных конструкций.

- Рабочее напряжение, возникающее в детали, равно 160 МПа, а опасное (предельное) напряжение для материала детали σ_пред=320 МПа. Определить коэффициент запаса прочности?

---

2. Виды испытаний материалов

Инженерные расчеты конструкций невозможны без сведений о материалах, из которых они изготавливаются. Все фактические сведения о конструкционных материалах, т.е. их механические характеристики, получают экспериментально. При опытном изучении образцов получают сведения об основных механических свойствах материалов к которым относятся прочность, жесткость, упругость, пластичность, твердость и др., устанавливают степень влияния на механические характеристики температуры, радиоактивного облучения, термообработки и других факторов.

Прочность- это способность конструкции сопротивляться разрушению при действии на нее внешних сил (нагрузок).

Жесткость - способность элемента конструкции сопротивляться деформации.

Упругость - это способность твердого деформируемого тела восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних нагрузок.

Пластичность- это свойство твердого деформируемого тела до разрушения необратимо изменять свою форму и объем от действия внешних сил.

Твердость – способность материала оказывать сопротивление деформированию и разрушению при местных контактных воздействиях.

Вязкость- это свойство оказывать сопротивление за счет трения происходящего при перемещении элементарных частиц тела относительно друг друга в процессе деформирования. Отметим, что при этом, как показывают результаты экспериментов, сила сопротивления, возникающая за счет внутреннего трения материалов, прямым образом зависит от величины скорости перемещения элементарных частиц относительно друг друга.

Ползучесть - это явление, характеризующее изменения во времени величин  деформаций и напряжений в теле при действии статических нагрузок.

Выносливость- это явление, которое характеризуется чувствительностью и изменениями прочностных свойств материалов в зависимости от числа циклов нагружения.

---

В связи с различным использованием материалов на практике созданы разнообразные виды и методы испытаний.

Виды испытаний можно классифицировать следующим образом:

1) По характеру воздействия:

- кратковременные испытания;

- длительные испытания.

2) По виду напряженного состояния:

- испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез;

- испытания в условиях сложного напряженного состояния.

3) Технологические испытания:

- испытания для контроля пластичности;

- измерение твердости;

- испытание на вытяжку.

4) Испытание переменной нагрузкой:

- испытание на выносливость;

- испытание на малоцикловую усталость.

5) Испытание ударом:       

- испытание на ударное растяжение;

- испытание изгибом на ударную вязкость;

- испытание поворотным ударом.

6) Натурные испытания:

- испытание на стендах;

- испытание готовых изделий.

При всех видах механических испытаний образцы металлов по возможности подвергаются тем же внешним воздействиям, что и на практике. Получаемые при этом механические характеристики свойств материала условны, т.к. они зависят от условий испытаний, поэтому методы испытаний унифицируются в рамках ГОСТов, рекомендаций, правил и международных рекомендаций с целью получения сопоставимых данных. Численные значения механических характеристик сводятся в справочные таблицы.

Машины, используемые для проведения испытаний материалов, должны обеспечивать необходимые постоянные скорости нагружения (или деформирования) образцов. Их оснащают аппаратурой для снятия показаний результатов опытов, а в необходимых случаях – приспособлениями для записи диаграммы испытаний. В лабораторных исследованиях используют специальные машины, способные деформировать и разрушать образцы при статических и динамических нагрузках с применением стандартных образцов на растяжение, сжатие, сдвиг, сдвиг, удар и др.  

2.1. Требования к образцам, и их классификация

Объекты исследования при механических испытаниях – образцы, модели, элементы конструкций и конструкции в натуральную величину. Наиболее широко используются образцы. Образцом называется тело специальной формы, подвергающееся испытанию для оценки механических свойств материала. В настоящее время испытывают разнообразные образцы, которые отличаются друг от друга формой, размерами, назначением. Некоторые типы образцов регламентируются нормативами. К ним относятся образцы для испытаний на одноосное растяжение и сжатие, на кручение и изгиб, образцы для усталостных испытаний и др.

---

Условия проведения эксперимента реализуются путем выбора формы образца, приложением к нему таких внешних сил, при которых с достаточной степенью достоверности можно считать, что напряженное и деформированное состояния во всех точках исследуемого образца одинаковы, т. е. в нем создано однородное напряженно-деформиро-ванное состояние. Обеспечив такие условия эксперимента, по измерениям взаимных перемещений точек на поверхности образца можно судить о деформациях во внутренних точках. По измеренным внешним силам можно рассчитать напряжения во внутренних точках исследуемого образца, приняв гипотезы однородности, сплошности и изо тропности. На рабочей части образца выделяется расчетный участок, который используется для измерения соответствующих параметров (удлинений, укорочений, углов закручивания и поворота, изменений поперечных размеров и др.).

Геометрические формы образцов из металлов и сплавов, предназначенных для исследования упругопластических и прочностных свойств, весьма многообразны, но наиболее широко используются образцы в виде стержня с утолщениями на его концах (рис. 2.1). Эти утолщения называются головками. Форма головки зависит от конструкции захватов испытательной машины, соответствующих виду нагрузок на образец (рис. 2.2).

                  

Рис. 2.1. Цилиндрический образец для испытаний на растяжение:
1 – головка; 2 – рабочая часть

 



Рис. 2.2. Типы головок цилиндрических образцов для испытаний на растяжение 

Длина рабочей части в 5–10 раз превышает ее наибольший поперечный размер. Способ закрепления образцов не должен допускать их проскальзывания относительно захватов, смятия опорных поверхностей головок, а также разрушения образцов на переходных участках и в головках.

При испытании на растяжение образцов, находящихся в хрупком состоянии, принимаются все меры к снижению концентрации напряжений и к высокоточному осевому нагружению образца. Образец из хрупкого материала показан на рисунке 5.

Образцы для испытаний на одноосное сжатие, как правило, не имеют головок и представляют собой короткие цилиндры или призмы в зависимости от вида заготовки. Отношение длины рабочей части образца к его наибольшему поперечному размеру для предотвращения изгиба не должно превышать трех (рис. 2.3). Торцы образца необходимо изготовить параллельными друг другу и перпендикулярными оси образца.

---

 

                         

Рис. 2.3. Образец для испытаний на сжатие

Механические характеристики носят условный характер, так как зависят от метода испытаний и способа обработки экспериментальных данных. Поэтому оценку механических характеристик проводят строго регламентированными методами, что необходимо для обеспечения сопоставимости их значений.

К механическим характеристикам относится модуль упругости, коэффициент Пуассона, модуль сдвига, пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности, относительные остаточные удлинения и сужения после разрыва.

 Машины для испытаний на растяжение системы И. В. Кудрявцева и М. И. Чулошникова

• 
  Центральным научно-исследовательским институтом точного машиностроения сконструированы для испытания образцов на растяжение машины силой 4 т (ИМ-4) и 12 т (ИМ-12). Принципиальные схемы обеих машин аналогичны. На этих машинах можно испытывать цилиндрические образцы диаметром от 3 до 10 мм (ИМ-4Р) и от 6 до 15 мм (ИМ-12), а также плоские образцы соответственных размеров. Схемы машины ИМ-4Р даны на рисунке 4.
  

      

а)                                                                                                              б)

Рис. 2.4. Схема машины ИМ-4Р

 На станине 1 смонтированы все устройства машины. Образец при испытании на растяжение устанавливают в захваты 2 и 3. Рукоятью 4 приводится во вращение система зубчатых зацеплений 5, заканчивающихся зубчатой гайкой 6, которая втягивает в себя винт 7. В верхней части винта 7 устроен захват 2.

Создаваемое при этом усилие через образец передаётся захвату 3. От захвата 3 через тягу 8 усилие действует на короткое плечо рычага 9. Тяга 10 соединяет конец длинного плеча рычага 9 с коротким концом коленчатого рычага 11, который вместе с грузами 12 является маятником, уравновешивающим своим отклонением возникающее в образце усилие.

Отклонение маятника (пропорциональное силе, растягивающей образец) вызывает поворот рычага 14, насаженного на общую с маятником ось 13. Верхний конец рычага 14 приводит в движение вдоль горизонтальной рейки 15 каретку 16 с указателем и карандашом.

---